1.3 接触器和继电器——控制用电磁组件（高教版）

1.3 接触器和继电器——控制用电磁组件（高教版）教学 设计 一、教学目标 知识目标： 1. 学生能够准确描述接触器和继电器的定义、分类及其在电气控制系统中的作用。 2. 理解并掌握接触器（交流接触器、直流接触器）和继电器（电磁继电器、时间继电器、热继电器等）的基本结构、工作原理及其选型依据。 3. 熟悉PLC如何通过输出模块控制接触器实现电气设备的开关控制，以及继电器在扩展PLC控制功能中的作用。 能力目标： 1. 能够根据具体的电气控制需求，合理选择和使用接触器和继电器。 2. 能够在PLC控制程序中编写逻辑，实现对接触器和继电器的精确控制。 3. 通过案例分析，培养学生解决实际电气控制问题的能力，提升其综合运用电气控制技术的能力。 情感态度目标： 1. 激发学生对电气控制技术的兴趣，培养其自主学习的能力和探索精神。 2. 强调电气安全的重要性，增强学生的安全意识和自我保护能力。 二、教学重难点 重点： - 接触器和继电器的定义、分类、结构及工作原理。 - PLC通过输出模块控制接触器实现电气设备开关控制的原理。 - 接触器和继电器在电气控制系统中的选型与应用。 难点： - 理解复杂电气控制系统中接触器和继电器的协同工作原理。 - 编写符合电气控制逻辑的PLC程序，精确控制接触器和继电器的动作。 - 将理论知识与实际操作相结合，设计并实现高效的电气控制方案。 三、教学过程 引入新课（约10分钟） 教师活动： - 通过播放一段展示工厂自动化生产线的视频，引导学生观察生产线中电气设备的启动、停止和转换过程。 - 提问：“在这些过程中，是什么部件在控制电气设备的动作？它们是如何工作的？” - 引出接触器和继电器的概念，强调它们在电气控制系统中的关键作用。 学生活动： - 观看视频，注意观察电气设备的控制部件。 - 思考并回答教师的问题，初步感知接触器和继电器的作用。 新知讲授（约40分钟） 1. 接触器的定义与分类（约10分钟） - 教师活动： - 引用教材原文：“接触器是一种用来频繁地接通或断开带有负载（如电动机）的主电路或大容量控制电路的自动化切换电器。”（高教版《电器及PLC控制技术》） - 介绍接触器的分类，包括交流接触器和直流接触器，重点讲解交流接触器的结构和工作原理，包括电磁系统、触点系统和灭弧装置的作用。 - 展示实物或图片，帮助学生直观理解接触器的结构。 - 学生活动： - 记录接触器的定义和分类。 - 尝试用自己的话复述交流接触器的结构和工作原理。 2. 继电器的分类与工作原理（约15分钟） - 教师活动： - 引入继电器的概念，强调其在电气控制中的信号传递和放大作用。 - 分类介绍电磁继电器、时间继电器、热继电器等常见类型，结合教材原文详细讲解各自的工作原理和应用场景。 - 例如，引用教材原文关于时间继电器的描述：“时间继电器是一种延时控制的继电器，它能够按照预定的时间间隔来接通或断开被控制的电路。”（高教版《电器及PLC控制技术》） - 学生活动： - 跟随教师思路，记录继电器的分类和工作原理。 - 分组讨论，比较不同类型继电器的异同点。 3. PLC与接触器、继电器的接口技术（约15分钟） - 教师活动： - 讲解PLC输出模块的工作原理，展示PLC如何通过输出信号控制接触器的通断。 - 强调继电器在PLC控制系统中的扩展作用，如信号放大、延时控制等。 - 通过实例说明PLC程序中控制接触器开闭的逻辑语句编写方法。 - 学生活动： - 理解PLC输出模块与接触器之间的控制关系。 - 尝试编写简单的PLC控制逻辑，控制接触器的开闭。 案例分析（约20分钟） 案例一：电动机正反转控制系统 - 背景描述：设计一个基于PLC和接触器的电动机正反转控制系统，包括启动、停止、正转和反转功能。 - 教师活动： - 分析控制系统的需求，确定所需的控制元件（PLC、接触器、启动/停止/正转/反转按钮）。 - 绘制电气控制原理图，解释各元件之间的连接方式和控制逻辑。 - 展示PLC控制程序，解释程序中如何实现正反转控制和互锁保护。 - 学生活动：- 学生活动： - 分组讨论电动机正反转控制系统的实现方案，包括接触器和继电器的选择、电气接线图的绘制以及PLC控制程序的编写思路。 - 每组选派代表汇报讨论结果，教师点评并给予建议。 案例二：温度控制系统中的继电器应用 - 背景描述：设计一个温度控制系统，使用热继电器作为过载保护元件，结合PLC和加热器实现对环境温度的自动调节。 - 教师活动： - 介绍热继电器的工作原理及其在温度控制系统中的作用。 - 分析控制系统需求，讲解如何根据温度变化控制加热器的开关，以及如何通过PLC监测热继电器的状态实现过载保护。 - 给出温度控制系统的基本框架，包括温度传感器、PLC、热继电器、加热器和继电器等元件。 - 学生活动： - 分析温度控制系统的控制流程，理解各元件之间的协同工作原理。 - 尝试设计控制逻辑，包括温度传感器信号的读取、PLC控制程序的编写以及继电器和热继电器的控制逻辑。 - 讨论并评估不同设计方案的优缺点，提出改进建议。 课堂练习（约20分钟） 练习1：接触器选型题 题目：某电机额定功率为5.5kW，额定电压为380V，请根据参数选择合适的交流接触器，并说明选型依据。 答案：选型时需考虑电机的额定电流，一般取电机额定电流的1.2~1.5倍作为接触器的额定电流。假设电机额定电流约为11A（具体值需查阅电机铭牌），则接触器额定电流可选13.2A~16.5A之间的型号。选型依据是确保接触器在长时间工作下不会因过载而损坏，并能可靠地接通和分断电机电路。 练习2：PLC控制逻辑编写 题目：编写一段PLC程序，实现按下启动按钮后，接触器KM1吸合，电机启动；按下停止按钮后，接触器KM1断开，电机停止。同时考虑按钮的互锁保护，防止误操作。 答案：略（具体程序需根据PLC品牌和编程语言编写，但基本思路为：使用两个输入点分别连接启动和停止按钮，一个输出点控制接触器KM1。程序中设置启动按钮为上升沿触发，停止按钮为直接触发，并通过互锁逻辑确保两者不能同时有效。） 练习3：继电器延时控制 题目：设计一个使用时间继电器实现的延时关灯电路，要求按下开关后，灯光延时10秒自动熄灭。 答案：电路应包括一个开关、一个时间继电器、一个继电器和一个灯泡。将开关与时间继电器的输入端相连，时间继电器的延时设定为10秒，其输出端控制继电器的线圈。继电器的一个常开触点串联在灯泡的供电线路中。当开关闭合时，时间继电器开始计时，10秒后时间继电器动作，其输出端闭合，使继电器线圈得电，继电器常开触点闭合，灯泡点亮。但由于时间继电器已设置延时断开，所以在灯泡点亮的同时，时间继电器继续延时，10秒后时间继电器输出断开，继电器线圈失电，常开触点断开，灯泡熄灭。注意此描述为简化说明，实际电路设计中还需考虑时间继电器的复位方式等因素。 练习4：热继电器保护验证 题目：简述在电动机控制系统中，如何验证热继电器是否起到有效的过载保护作用。 答案：验证热继电器过载保护功能的方法之一是通过模拟电动机过载情况来观察热继电器的动作。具体步骤如下：首先，确保电动机处于空载或轻载状态，并检查热继电器处于正常工作状态（即未动作）。然后，通过增加电动机负载（如使用外部设备增加阻力）或提高电源电压等方式，人为制造电动机过载条件。观察并记录热继电器从过载开始到动作（即断开电路）所需的时间，与热继电器的额定动作时间进行比较。如果实际动作时间在额定动作时间范围内，且能可靠切断电路，则说明热继电器起到了有效的过载保护作用。 练习5：PLC与接触器联合控制逻辑设计 题目：设计一个基于PLC和接触器的自动门控制系统，要求门在有人靠近时自动开启，并在延时一定时间后自动关闭。使用红外传感器检测人是否靠近，PLC控制接触器的通断来控制门的开关。 答案：控制系统应包括红外传感器、PLC、时间继电器（或利用PLC内部定时器功能）、接触器以及门的驱动电机等元件。红外传感器作为输入元件检测人的靠近，并将其信号传递给PLC。PLC内部编写控制逻辑，当接收到红外传感器信号时，控制接触器KM1吸合，使门开启；同时启动内部定时器设置延时时间（如5秒）。当延时时间到达后，若红外传感器仍检测到有人靠近，则重新计时；若无人靠近，则控制接触器KM1断开，使门关闭。 通过这样的教学过程设计，旨在使学生不仅掌握低压电器与PLC控制技术的基本理论，还能通过实践操作和案例分析提升解决实际问题的能力，为后续课程学习和职业生涯打下坚实的基础。 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$